2001

ESTRUCTURA DE LA MATERIA QCA
01
ANDALUCÍA
1.- Defina: a) Energía de ionización. b) Afinidad electrónica. c) Electronegatividad.
2.- Razone si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones: a) El punto de
ebullición del butano es menor que el de 1-butanol b) La molécula CHCl3 posee una
geometría tetraédrica con el átomo de carbono ocupando la posición central. c) El etano
es más soluble en agua que el etanol.
3.-Dadas las siguientes moléculas: SiH4, NH3 y BeH2. a) Represente sus estructuras de
Lewis. b) Prediga la geometría de cada una de ellas según la Teoría de Repulsión de
Pares de Electrones de la Capa de Valencia. c) Indique la hibridación del átomo central.
4.- a) Escriba las configuraciones electrónicas del átomo e iones siguientes: Al (Z=13),
Na+ (Z=11), O2- (Z=8). b) ¿Cuáles son isoelectrónicos? c) ¿Cuál o cuáles tienen
electrones desapareados?
5.- Indique el tipo de hibridación que presenta cada uno de los átomos de carbono en las
siguientes moléculas: a) CH3C≡CCH3 b) CH3CH=CHCH3 c) CH3CH2CH2CH3
6.- Cuatro elementos se designan arbitrariamente como A, B, C y D. Sus
electronegatividades se muestran en la tabla siguiente:
Elemento
Electronegatividad
A B
3’0 2’8
C D
2’5 2’1
Si se forman las moléculas AB, AC, AD y BD: a) Clasifíquelas en orden creciente por
su carácter covalente. Justifique la respuesta. b) ¿Cuál será la molécula más polar?
Justifique la respuesta.
7.- Dadas las siguientes moléculas: CCl4, BF3 y PCl3 a) Represente sus estructuras de
Lewis. b) Prediga la geometría de cada una de ellas según la Teoría de Repulsión de
Pares de Electrones de la Capa de Valencia. c) Indique la polaridad de cada una de las
moléculas.
8.- Los elementos X, Y y Z tienen números atómicos 13, 20 y 35, respectivamente. a)
Escriba la configuración electrónica de cada uno de ellos. b) ¿Serían estables los iones
X2+, Y2+ y Z2-? Justifique las respuestas.
9.- Dadas las moléculas CH4, C2H2, C2H4, razone si las siguientes afirmaciones son
verdaderas o falsas: a) En la molécula C2H4 los dos átomos de carbono presentan
hibridación sp3. b) El átomo de carbono de la molécula CH4 posee hibridación sp3. c) La
molécula de C2H2 es lineal.
Fco. González Funes
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ANDALUCÍA
10.- Dadas las siguientes configuraciones electrónicas pertenecientes a elementos
neutros: A (1s2 2s2 2p2); B (1s2 2s2 2p5); C (1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1); D (1s2 2s2 2p4).
Indique razonadamente: a) El grupo y periodo al que pertenece cada elemento. b) El
elemento de mayor y el de menor energía de ionización. c) El elemento de mayor y el de
menor radio atómico.
11.- Los átomos neutros X, Y, Z, tienen las siguientes configuraciones:
X=1s22s2p1;
Y=1s22s2p5;
Z=1s22s2p63s2.
a) Indique el grupo y el periodo en el que se encuentran. b) Ordénelos, razonadamente,
de menor a mayor electronegatividad. c) ¿Cuál es el de mayor energía de ionización?
12.- Dados los siguientes compuestos: CaF2, CO2, H2O. a) Indique el tipo de enlace
predominante en cada uno de ellos. b) Ordene los compuestos anteriores de menor a
mayor punto de ebullición. Justifique las respuestas.
13.- Dados los siguientes grupos de números cuánticos (n, l, m): (3, 2, 0); (2, 3, 0); (3, 3,
2); (3, 0, 0); (2, -1, 1); (4, 2, 0). Indique: a) Cuáles no son permitidos y por qué. b) Los
orbitales atómicos que se corresponden con los grupos cuyos números cuánticos sean
posibles.
14.- En función del tipo de enlace explique por qué: a) El NH3 tiene un punto de
ebullición más alto que el CH4. b) El KCl tiene un punto de fusión mayor que el Cl2.
c) El CH4 es insoluble en agua y el KCl es soluble.
Fco. González Funes
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ANDALUCÍA
1.a) La energía de ionización es la energía mínima necesaria para arrancar el electrón
más externo de un átomo en estado gaseoso y en su estado fundamental.
b) La afinidad electrónica es la energía desprendida (a veces absorbida) cuando un
átomo neutro en estado gaseoso acepta un electrón para formar un ion negativo.
c) La electronegatividad es la capacidad que tiene un átomo de un elemento dado para
atraer hacia sí el par (o pares) de electrones compartidos de un enlace covalente.
2.a) El butano es una molécula apolar como todos los alcanos, por tanto sus moléculas
estarán unidas entre sí por fuerzas de Van der Waals de dispersión que son muy débiles,
esto implica que sus puntos de fusión y ebullición sean muy bajos.
El 1-butanol es un alcohol cuyas moléculas están unidas entre sí por enlaces de
hidrógeno, más intensos que las fuerzas de Van der Waals, lo que se traduce en un
aumento de sus puntos de fusión y ebullición. Esta afirmación es verdadera
b) Realizamos primero la estructura de Lewis para la molécula de triclorometano
vemos que el carbono es el átomo central y que al tener cuatro direcciones ocupadas con
pares enlazantes, tendrá una geometría tetraédrica.
Esta afirmación es verdadera.
c) El etano es un alcano y por lo tanto apolar, no forma enlaces de hidrógeno con el
agua, por lo tanto es totalmente insoluble en dicho disolvente. Sin embargo el etanol es
un alcohol, su molécula es polar y puede formar enlaces de hidrógeno con el agua, es
decir, se disuelve perfectamente en el agua. Esta afirmación es falsa.
Fco. González Funes
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ANDALUCÍA
3.a) Las estructuras de Lewis de las tres moléculas son:
b) En el SiH4 el átomo de silicio está rodeado de cuatro pares de electrones enlazantes,
su geometría es tetraédrica.
En el NH3 el átomo de nitrógeno también está rodeado de cuatro pares de electrones,
pero uno de ellos es no enlazante, por lo tanto, aunque de origen tetraédrico, su
geometría será de pirámide trigonal.
En el BeH2 el átomo de berilio solo tiene dos pares de electrones enlazantes, su
geometría es lineal.
c) La configuración electrónica del Si (Z =14) es 1s2 2s2p6 3s2p2 promociona un
electrón del orbital 3s al 3p quedando cuatro electrones desapareados distribuidos de la
siguiente manera
3s
3p
↑
↑
↑
↑
por lo tanto se forman cuatro orbitales híbridos sp3 con un electrón en cada uno en los
que se unen los cuatro orbitales 1s de los hidrógenos
La configuración electrónica del N (Z = 7) es 1s2 2s2p3 la notación orbital de la
última capa es
2s
2p
↑↓
↑
↑
↑
Fco. González Funes
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ANDALUCÍA
3.c) (Continuación) También se formarán cuatro orbitales híbridos sp3, tres de ellos con
un electrón donde se alojarán los hidrógenos y uno de ellos lleno con un par electrónico.
La configuración electrónica del Be (Z =4) es 1s2 2s2 promociona un electrón
del orbital 2s al 2p quedando dos electrones desapareados distribuidos de la siguiente
manera
2s
2p
↑
↑
por lo tanto se forman dos orbitales híbridos sp con un electrón cada uno donde se
alojan los hidrógenos y dos orbitales p vacíos
4.a) Al (Z =13)
Na+ (Z = 11)
O2- (Z = 8)
1s2 2s2p6
1s2 2s2p6
1s2 2s2p6
3s2p1
b) Son isoelectrónicos los iones Na+ y O2- porque ambos tienen diez electrones.
c) Realizamos la notación orbital de la última capa del aluminio y de los dos iones
isoelectrónicos:
3s
3p
Al
↑↓
↑
2s
Na+ y O2-
↑↓
2p
↑↓
↑↓
↑↓
Solo tiene electrones desapareados el aluminio.
5.a) Realizamos la estructura de Lewis del butino:
Fco. González Funes
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ANDALUCÍA
5.a) (Continuación) Los átomos de carbono primero y cuarto tienen que alojar cuatro
pares enlazantes, por lo que su hibridación será sp3.
Los átomos de carbono segundo y tercero tienen hibridación sp para alojar las dos
direcciones enlazantes (el triple enlace se forma con los dos orbitales p de cada carbono
que no participan en la hibridación).
b) Realizamos la estructura de Lewis del buteno:
Los átomos de carbono primero y cuarto tienen que alojar cuatro pares enlazantes, por
lo que su hibridación será sp3.
Los átomos de carbono segundo y tercero tienen hibridación sp2 para alojar las tres
direcciones enlazantes (el doble enlace se forma con el orbital p de cada carbono que no
participa en la hibridación).
c) Realizamos la estructura de Lewis del butano:
Todos los átomos de carbono tienen hibridación sp3 ya que han de alojar cuatro pares
enlazantes.
6.a) El criterio para clasificar las moléculas por su carácter covalente es que cuánto
menor sea la diferencia de electronegatividad entre los átomos que la forman, mayor
será su carácter covalente, por lo tanto el orden que se pide es el siguiente:
AD (0,9) < BD (0,7) < AC (0,5) < AB (0,2)
es decir la molécula “más covalente” es la AB y la menos es la AD. Los números entre
paréntesis indican la diferencia de electronegatividades.
b) La molécula más polar es la que presente mayor diferencia de electronegatividades
entre los átomos que la forman, es decir la AD.
Fco. González Funes
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ANDALUCÍA
7.a) Las estructuras de Lewis que nos piden son las siguientes:
b) El tetracloruro de carbono necesita cuatro direcciones para alojar cuatro pares
enlazantes, es tetraédrica.
El trifloruro de boro necesita tres direcciones para alojar a los tres pares enlazantes
que le rodean, es triangular plana.
El tricloruro de fósforo necesita cuatro direcciones para alojar a tres pares enlazantes y
a uno no enlazante, por lo tanto, aunque de origen tetraédrico su geometría es la de una
pirámide trigonal.
c) Las tres moléculas tienen sus enlaces polares, dadas las diferencias de
electronegatividad existentes. Sin embargo, como puede observarse en la figura
siguiente, debido a la geometría de cada una, la única que es polar es el PCl3
8.a)
X (Z = 13)
Y (Z = 20)
Z (Z = 35)
1s2 2s2p6 3s2p1
1s2 2s2 p6 3s2 p6 4s2
1s2 2s2p6 3s2p6d10 4s2p5
b) El ion X2+ no es estable puesto que el átomo de este elemento ha de perder tres
electrones para adquirir configuración de gas noble, sí sería estable el ion X3+.
El ion Y2+ es estable porque queda con configuración de gas noble.
El ion Z2- no es estable puesto que el átomo de este elemento solo necesita adquirir un
electrón para tener configuración de gas noble, sí sería estable el ion Z1-.
Fco. González Funes
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ANDALUCÍA
9.- Antes de afrontar la resolución de los tres apartados, realizamos la estructura de
Lewis de las tres moléculas
a) Según observamos en la estructura de Lewis de la molécula de eteno (C2H4), cada
átomo de carbono se une a tres átomos (dos de hidrógeno y uno de carbono) por lo tanto
la hibridación de cada carbono es sp2 como puede observarse en la figura. El doble
enlace lo forman entre los dos orbitales p (uno de cada átomo de carbono) que no
participan en la hibridación
Esta afirmación es falsa.
b) Esta afirmación es verdadera. El átomo de carbono del metano ha de unirse
mediante enlaces covalentes a cuatro átomos de hidrógeno, por lo tanto su hibridación
es sp3, como puede observarse en la figura
c) Como podemos ver en la estructura de Lewis de la molécula de etino (C2H2), cada
carbono necesita solo de dos direcciones para unirse al átomo de hidrógeno y al otro
carbono, por lo tanto el método RPECV predice para esta molécula una geometría
lineal. Esta afirmación es verdadera.
De la misma manera se puede explicar con la hibridación sp como se muestra en la
figura
Fco. González Funes
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ANDALUCÍA
10.a) A (1s2 2s2 2p2) pertenece al grupo 14 (carbonoides) y al periodo 2
B (1s2 2s2 2p5) pertenece al grupo 17 (halógenos) y al periodo 2
C (1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1) pertenece al grupo 1 (alcalinos) y al periodo 4
D (1s2 2s2 2p4) pertenece al grupo 16 (anfígenos) y al periodo 2
b) La energía de ionización, en el Sistema Periódico disminuye al bajar en un grupo y
al desplazarse hacia la izquierda en un periodo, por lo tanto el elemento de mayor
energía de ionización es el B y el de menor es el C.
c) El radio atómico, en el Sistema Periódico aumenta al bajar en un grupo y al
desplazarse hacia la izquierda en un periodo, por lo tanto el elemento de mayor radio
atómico es el C y el de menor es el B.
11.a) X=1s22s2p1 pertenece al grupo 13 (boroides) y al periodo 2
Y=1s22s2p5 pertenece al grupo 17 (halógenos) y al periodo 2
Z=1s22s2p63s2 pertenece al grupo 2 (alcalino térreos) y al periodo 3
b) La electronegatividad, en el Sistema Periódico aumenta al subir en un grupo y al
desplazarse hacia la derecha en un periodo, por lo tanto el orden creciente de
electronegatividades que se nos pide es el siguiente:
EN (Z) < EN (X) < EN (Y)
c) El de mayor energía de ionización es a su vez el más electronegativo, es decir el Y
12.a) El fluoruro de calcio es un compuesto típicamente iónico formado por una red
tridimensional de iones, en el que no cabe el concepto de molécula.
El dióxido de carbono y el agua son compuestos moleculares covalentes, sin embargo
mientras que en el CO2 existen entre las moléculas fuerzas de Van der Waals de
dispersión, en el agua, estas se unen entre sí, mediante enlaces de hidrógeno.
b) El enlace más fuerte de los citados en el apartado anterior es el enlace iónico, por
consiguiente es el CaF2 el compuesto con mayor punto de ebullición.
En los compuestos moleculares covalentes, los enlaces de hidrógeno son más fuertes
que las fuerzas de dispersión, por lo tanto el H2O tiene mayor punto de ebullición que
el CO2. El orden que se pide es el siguiente:
PE (CO2) < PE (H2O) < PE (CaF2)
Fco. González Funes
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13.a) (3, 2, 0)
(2, 3, 0)
(3, 3, 2)
(3, 0, 0)
(2,-1, 1)
(4, 2, 0)
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ANDALUCÍA
Permitido
No permitido, porque el número cuántico l ha de ser menor que el n
No permitido, por la misma razón que el anterior
Permitido
No permitido, porque l nunca toma valores negativos
Permitido
b) (3, 2, 0) uno de los orbitales del subnivel 3d
(3, 0, 0) orbital 3s
(4, 2, 0) uno de los orbitales del subnivel 4d
14.a) El amoniaco, al ser una molécula polar forma entre sus moléculas fuerzas de Van
der Waals dipolo-dipolo y sobre todo forma enlaces de hidrógeno, más fuertes que las
anteriores.
El metano solo forma entre sus moléculas fuerzas de Van der Waals de dispersión que
son las más débiles. Por ello, el NH3 tiene mayor punto de ebullición que el metano.
b) El cloruro de potasio es un compuesto típicamente iónico formado por una red
tridimensional de iones, en el que no cabe el concepto de molécula.
El Cl2 es un compuesto covalente molecular apolar, entre sus moléculas solo existen
fuerzas de Van der Waals de dispersión mucho más débiles que el enlace iónico. Por
ello el KCl tiene un punto de fusión mucho mayor que el Cl2.
c) El metano es un compuesto covalente apolar y por lo tanto insoluble en agua. El
KCl es un compuesto iónico y por consiguiente soluble en los disolventes polares como
el agua.
Fco. González Funes